Bacterias resistentes a los medicamentos: diseño de nanopartículas para altas dosis de antibióticos

Las nanopartículas altamente dirigidas que administran grandes dosis de antibióticos existentes podrían usarse para sobrecargar las defensas de las bacterias resistentes a los medicamentos, según informaron investigadores del Hospital Brigham and Women's y del MIT en la revista. ACS Nano. Los autores explicaron que el desarrollo de antibióticos novedosos que pueden usarse de forma efectiva para un número creciente de bacterias que se han vuelto resistentes a los medicamentos existentes se ha vuelto extremadamente desafiante.
Los científicos han estado trabajando para lograr este objetivo mediante el desarrollo de una nanopartícula que invade el sistema inmune, ataca los sitios de infección y, posteriormente, libera un ataque de antibióticos concentrado.
Según el autor principal, Aleks Radovic-Moreno, que es un estudiante graduado de MIT, esta estrategia reduciría los efectos secundarios de algunos antibióticos y protegería las bacterias beneficiosas que comúnmente viven en el cuerpo humano.
Las nuevas nanopartículas se crearon a partir de un polímero cubierto con polietilenglicol (PEG), que se usa comúnmente para el suministro de fármacos debido a sus propiedades no tóxicas y porque puede ayudar a transportar nanopartículas a través del torrente sanguíneo sin ser detectado por el sistema inmune. Luego, los investigadores indujeron a las partículas a dirigirse específicamente a las bacterias. Los intentos previos de dirigir las partículas a las bacterias mediante una carga positiva que las atraiga a las paredes celulares cargadas negativamente de las bacterias no han tenido éxito, dado que el sistema inmune tiende a eliminar las nanopartículas del cuerpo cargadas positivamente antes de que puedan encontrar bacterias.
El equipo logró superar este obstáculo diseñando nanopartículas portadoras de antibióticos, que pueden cambiar su carga dependiendo de su entorno, por ejemplo, mientras circula en el torrente sanguíneo, la carga de las partículas es ligeramente negativa, pero al encontrar un sitio de infección, ganan una carga positiva, que les permite unirse fuertemente a las bacterias y liberar su carga útil de drogas.
El interruptor se invoca debido al ambiente ligeramente ácido que rodea a las bacterias. Los sitios de infección pueden ser ligeramente más ácidos en comparación con el tejido corporal normal, porque las bacterias que causan la enfermedad se reproducen rápidamente y agotan el oxígeno. Los niveles de oxígeno insuficientes, sin embargo, desencadenan un cambio en el metabolismo bacteriano, lo que los impulsa a generar ácidos orgánicos. Las células inmunes del cuerpo intentan ayudar: las células neutrófilas comienzan a producir ácidos para consumir las bacterias.
Las nanopartículas tienen una capa sensible al pH que está hecha de largas cadenas del aminoácido histidina justo debajo de la capa externa de PEG. Cuando el nivel de pH cae de 7 a 6, es decir, cuando se vuelve más ácido, la molécula de polihistidina tiende a ganar protones que le dan a la molécula una carga positiva.
Las nanopartículas comienzan a liberar su carga útil de fármaco, que está incrustada en el núcleo de la partícula, una vez que se unen a las bacterias. Los investigadores diseñaron las partículas para administrar vancomicina, que se usa para tratar infecciones resistentes a los medicamentos. Sin embargo, es posible modificar las partículas para administrar otros antibióticos o combinaciones de medicamentos. Con el aumento de la acidez, muchos antibióticos tienden a perder su eficacia. Sin embargo, el equipo descubrió que los antibióticos transportados por nanopartículas conservaban su potencia mejor que los antibióticos tradicionales. La versión actual de las nanopartículas descarga su carga de fármaco durante uno o dos días.
Comentarios de Radovic-Moreno:
"No se desea un breve estallido de la droga, porque las bacterias pueden recuperarse una vez que el fármaco se ha ido. Se desea una liberación prolongada del fármaco para que las bacterias reciban constantemente grandes cantidades de drogas hasta que se las erradique".
Los investigadores afirman que aunque se necesita un mayor desarrollo, creen que las altas dosis que sus partículas liberan podrían eventualmente ayudar a superar la resistencia bacteriana.
Radovic-Moreno concluye:

"Cuando las bacterias son resistentes a los medicamentos, no significa que dejen de responder, significa que responden, pero solo a concentraciones más altas. Y la razón por la que no se puede lograr clínicamente es porque los antibióticos a veces son tóxicos o no se quedan en ese sitio de infección lo suficiente ".

El enfoque puede tener que ver con un posible obstáculo, dado que también hay células y proteínas de tejido cargadas negativamente en los sitios de infección que pueden competir con las bacterias para unirse a las nanopartículas y potencialmente inhibir su unión a las bacterias. Los investigadores están investigando hasta qué punto esto puede limitar la eficacia de la administración de sus nanopartículas; también realizarán estudios en animales para determinar si las partículas permanecerán sensibles al pH en el cuerpo y circularán durante el tiempo suficiente para alcanzar sus objetivos.
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Escrito por Petra Rattue